摘要
近年来，对Ti/Al3Ti叠层复合材料的研究逐渐成为热点，该材料由于其低密度、高模量及高比强度等优点，被广泛应用于装甲防护领域，因此对Ti/Al3Ti叠层复合材料的结构进行优化十分必要，本文基于LS-DYNA软件对不同条件下Ti/Al3Ti叠层复合材料的抗侵彻性能进行研究，以获得抗弹性能更好的叠层材料。 首先采用LS-DYNA软件对子弹侵彻靶板的有限元模型进行验证，从子弹的侵彻深度及靶板的失效及变形等方面进行对比，发现模拟结果与文献中的试验结果取得了较好的一致性。在此基础上，对Ti/Al3Ti叠层复合材料中Ti的体积分数、层厚梯度及层数进行调整，发现Ti体积分数为27.7%时，叠层材料的抗侵彻性能最好。在Ti体积分数保持最优的情况下，随着厚度梯度及层数的逐渐增加，材料的抗侵彻性能逐渐提升。通过采用不同形状的子弹侵彻叠层材料发现，形状对叠层材料产生的破坏形式不同，平头弹侵彻靶板时，靶板的失效形式主要为剪切冲塞破坏，尖卵形子弹对靶板的破坏形式主要为延性扩孔破坏，而半球头弹对靶板的破坏形式为剪切冲塞破坏和延性扩孔破坏相结合。三种形状的子弹中，尖卵形子弹的侵彻能力最强，平头弹和半球头弹的侵彻能力相差不大。 接着基于弹道极限速度理论分析背板对抗侵彻性能的影响。分别对厚度比、背板材料（Q235，2024铝合金，AZ31镁合金）及背板面密度对复合靶板抗弹性能的影响进行了研究。结果表明：厚度比对抗侵彻性能有一定的影响，当Ti/Al3Ti叠层复合材料与Q235钢背板的厚度比为2:1时抗侵彻性能更好。面密度保持相同的情况下，Ti/Al3Ti叠层复合材料与AZ31镁合金构成复合靶板的抗侵彻性能高于与Q235钢和2024铝合金构成的复合靶板。随着背板面密度的增大，复合靶板弹道极限速度增大的趋势逐渐减慢，即增大背板面密度对抗侵彻性能的提升效率慢慢降低。当子弹初速度超过弹道极限速度时，随着背板面密度的不断减小，子弹的剩余速度逐渐接近，表明当面密度小于一定值时，背板材料的改变对复合靶板的抗侵彻性能影响不大。
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